本發明涉及溶解氧的技術領域，特別是涉及一種溶解氧裝置及其方法。
背景技術：
現有的在工業鍋爐、電站鍋爐和反應堆等熱力設備中，通常是低氧的高溫高壓水或蒸汽的工作環境。在實驗室中，為了模擬這種高溫高壓條件下設計了多種類型的高溫高壓反應釜。對高壓釜的基本要求是密閉性好，不能滲漏液體和氣體；高壓釜內壁因與試樣處于同樣的腐蝕環境中，因此必須耐腐蝕；應當有足夠的強度，承受長期的高壓作用；為試驗安全和滿足多種實驗要求，應附設一些必要的裝置，如溫度和壓力控制裝置，安全裝置和電化學測量接口等。
然而，僅僅能夠保證高溫高壓反應釜的一些基本條件和溶液中溶質的濃度還不能與實際熱力設備的運行工況相同，特別是在實際的實驗和研究過程中很難對水中的溶解氧含量進行有效、準確的控制，以至于由于無法達到確定濃度的氧含量條件而造成實驗及研究結果失真。即使向反應容器中通入大量惰性氣體，控制反應容器及反應溶液在低氧含量也十分不易。在實際生產中，對于不同參數的鍋爐，其氧含量控制指標不同。例如，GB/T1576-2008《工業鍋爐水質》中規定，額定蒸汽壓力小于等于1MPa的鍋爐及大于1.0MPa小于等于1.6MPa給水采用軟化水的鍋爐，給水溶解氧含量小于等于0.1mg/L；額定蒸汽壓力大于1.6MPa小于3.8MPa的鍋爐以及大于1.0MPa小于等于1.6MPa給水采用除鹽水的鍋爐，給水氧含量控制小于等于0.05mg/L。在GB/T12145-2008《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》中規定3.8-5.8MPa的汽包鍋爐給水溶解氧含量小于等于15μg/L，壓力大于5.9MPa的汽包鍋爐給水溶解氧控制小于等于7μg/L；加氧處理溶解氧控制含量為30-150μg/L。在核電站中，各種用水中的溶解氧含量也有嚴格的控制指標。在很多實驗及研究中，由于很難控制溶液中的氧含量，因此做到模擬低氧高溫高壓工況與實際工況相同或相近同樣十分困難。
目前，在高溫高壓反應釜及其他反應容器中進行的模擬實驗及研究中，通常對于溶液中氧含量的控制是通過向高壓反應釜或反應容器中反應溶液通入一定流量的N2或其它惰性氣體對溶液進行除氧操作。但是，水溶液中氧含量受到溫度的影響，不同溫度下飽和氧含量不同，一般溫度越低氧含量也越高。通惰性氣體除氧時，還要受到待除氧的溶液體積、進氣流量、體系壓力等多種因素的影響，單純的通過控制進氣流量無法保證待除氧溶液的氧含量達到實驗和研究要求。高壓反應釜或其他反應容器在加入溶液后，由于反應容器內液面上方仍為空氣。計空氣中氧氣的體積分數為21％，氧氣摩爾質量為32g/mol，氣體摩爾體積為22.4L/mol，則100mL空氣中含有氧氣100mL×21％×32g/mol/(22400mL/mol)＝0.03g＝30mg，將100mL空氣用9900mL惰性氣體稀釋，氧濃度則為0.3mg/100mL氣體。若需要保證氣體中含氧量小于等于30μg/100mL時，需要99900mL(99.9L)惰性氣體，因此惰性氣體消耗量很大，且不能準確控制反應容器中溶液的氧含量。部分反應容器(如高壓釜)是高溫壓力容器，加裝高溫溶解氧電極費用昂貴，且在狹小的反應空間內部也難以加裝。另外，加裝高溫溶解氧電極也可能造成金屬材料的產生應力，影響其使用壽命。
對于其他控制溶液中溶解氧含量的實驗或研究，也是先將溶液置于反應容器中，再通過向反應容器中通入惰性氣體對溶液進行除氧。這樣的除氧方式雖然能夠除去溶液中大量的氧，但是同樣由于反應容器上部存在一定空間，導致在溶液除氧結束后，溶液上部殘存的氧氣繼續溶于水中，這使得除氧過程并沒有完全的將氧的影響降低到最低程度。且對于容積較小的反應容器，更難控制。若氧氣對于整個研究結果有很大影響時，仍然造成數據失真。
因此，通過向反應容器中直接通入惰性氣體以及在高溫高壓反應釜中加裝高溫溶解氧電極以準確控制高溫高壓反應釜中溶液氧含量是不經濟且不可靠的(溶液中氧含量降低至規定值時，溶液上層空間的影響仍忽略)。直接向高壓釜等反應容器中通入惰性氣體也不能準確的控制溶液的氧含量。
技術實現要素：
基于此，針對現有問題，有必要提出一種溶解氧裝置及方法，能夠準確的控制溶液的氧含量。
為解決上述技術問題，本發明提供了一種溶解氧裝置，包括具有頂蓋的溶液筒，還包括具有液相取樣閥和氣相取樣閥的高壓反應釜，所述氣相取樣閥連接到用于儲存惰性氣體的儲氣瓶，所述溶液筒內設有溶氧探頭、由攪拌器控制的攪拌葉片和用于連接儲存惰性氣體的儲氣瓶的進氣管，所述溶氧探頭與所述攪拌器均連接入控制器，所述溶液筒的底部通過三通閥與液相取樣閥連接，所述頂蓋的外表面設有與溶液筒內部相通的限壓閥、安全閥、進液閥和排氣閥，所述進液閥的頂部高于所述排氣閥的頂部，所述進氣管上設有進氣閥。
本技術方案中，限壓閥置于頂蓋外表面以保持筒內壓力恒定；進氣閥置于頂蓋上部并上下連接進氣管，頂蓋上部進氣管與氣源相連，下部進氣管置于溶液筒內，使進氣通入溶液底部；溶氧探頭置于頂蓋下部，頂蓋安裝于溶液筒上后溶氧探頭置于溶液中；攪拌器安裝于頂蓋上，用以保證溶液的均勻；控制器與溶氧探頭及攪拌器相連接，以顯示和記錄溶解氧的數值并控制攪拌速度；安全閥在限壓閥失效時保證溶液筒內壓力安全；進液閥用以向筒內加藥；排氣閥置于頂蓋，在其打開時使筒內壓力與大氣壓相同。限壓閥在溶液筒密封后壓力過大的情況下釋放氣體以保證溶液筒內的壓力恒定，同時防止空氣進入溶液筒內；進氣閥用來控制惰性氣體進入溶液筒內；溶氧探頭置于溶液中測定溶液中氧含量；攪拌器在通氣除氧時，用以保證溶液的均勻性，達到均勻除氧的目的；三通閥用導出已除氧的溶液，并可進行筒內液體的取樣及排液；控制器用來顯示和記錄溶解氧量，觀察溶液中氧含量是否達到要求并調整攪拌器旋轉速度；安全閥用于限壓閥失效時，保證溶液筒安全；進液閥用于向溶液筒內加入藥劑；排氣閥在加藥時保證溶液筒內壓力等于大氣壓，且用于排出氣體。
在優選的實施例中，所述頂蓋通過密封墊圈密封連接于所述溶液筒的頂部。目的是保證整個系統的氣密性。
在優選的實施例中，所述溶液筒是具有刻度的容器。目的是限定導入溶液的體積。
在優選的實施例中，所述安全閥為彈簧式安全閥。目的是保證安全閥能夠很好地使用。
在優選的實施例中，所述進氣閥設于所述頂蓋的上方。目的是保證能夠順利操作和調整進氣閥。
在優選的實施例中，所述控制器上設有顯示裝置。目的是便于觀察控制的數值。
在優選的實施例中，所述三通閥的第一連接頭連接于所述溶液筒的底部側面，第二連接頭連接所述液相取樣閥，第三連接頭連接與大氣相通的導管。目的是保證三通閥能夠順利實現發明目的。
為解決上述技術問題，本發明還提供了一種在反應容器中溶解氧的方法，包括以下步驟：
a.向高壓反應釜內注滿水或其他液體，再將高壓反應釜內的水或液體用惰性氣體排出，使高壓反應釜內為無氧環境；
b.將待除氧的反應溶液注入無氧的溶液筒中，向溶液筒中通入惰性氣體并保持溶液筒內正壓環境對反應溶液進行除氧，控制其達到設定值即完成除氧；
c.將已經除氧的反應溶液在不接觸氧的環境下通入高壓反應釜內。
在優選的實施例中，步驟a包括以下步驟：
向溶液筒內充滿水或其他液體，再向溶液筒中通入惰性氣體使水或液體壓出至高壓反應釜釜體內；
待高壓反應釜釜體內注滿水或其他液體后，停止向溶液筒中通入惰性氣體；
打開三通閥使高壓反應釜釜體與大氣相連，向高壓反應釜釜體內通入惰性氣體使高壓反應釜釜體內的水或其他液體排出，直到高壓反應釜釜體內為無氧的惰性氣體空間；
在優選的實施例中，步驟b包括以下步驟：
打開三通閥，向溶液筒內通入惰性氣體排出溶液筒內的全部液體，直至溶液筒內為無氧的惰性氣體空間；
將待除氧的反應溶液注入溶液筒內，攪拌溶液，并向溶液筒內注入惰性氣體，當溶液筒內的壓力增大時，對溶液筒泄壓及排氣；
控制溶液筒內的溶解氧的值達到設定時停止通入惰性氣體，將溶液筒內的壓力降至大氣壓，停止攪拌反應溶液，即完成除氧操作。
本發明的有益效果是：能夠精確控制溶液的氧含量，將高壓反應釜控制在無氧狀態，并在無氧狀態下將已除氧的反應溶液注入高壓反應釜中，很好地解決了精確控制溶液氧含量的問題。
附圖說明
圖1是本發明實施例所述溶解氧裝置的結構示意圖；
附圖標記說明：
1-溶液筒，2-頂蓋，3-液相取樣閥，4-氣相取樣閥，5-高壓反應釜釜體，6-儲氣瓶，7-溶氧探頭，8-攪拌器，9-攪拌葉片，10-進氣管，11-控制器，12-三通閥，13-限壓閥，14-安全閥，15-進液閥，16-排氣閥，17-進氣閥。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
實施例：
如圖1所示，一種溶解氧裝置，包括具有頂蓋2的溶液筒1、具有液相取樣閥3和氣相取樣閥4的高壓反應釜。所述氣相取樣閥4連接到用于儲存惰性氣體的儲氣瓶6，所述溶液筒1內設有溶氧探頭7、由攪拌器8控制的攪拌葉片9和用于連接儲存惰性氣體的儲氣瓶6的進氣管10。所述溶氧探頭7與所述攪拌器8均連接入控制器11，所述溶液筒1的底部通過三通閥12與液相取樣閥3連接。所述頂蓋2的外表面設有與溶液筒1內部相通的限壓閥13、安全閥14、進液閥15和排氣閥16，所述進液閥15的頂部高于所述排氣閥16的頂部，所述進氣管10上設有進氣閥17。
本實施例中，所述頂蓋2通過密封墊圈密封連接于所述溶液筒1的頂部，目的是保證整個系統的氣密性。所述溶液筒1是具有刻度的容器，目的是限定導入溶液的體積。所述安全閥14為彈簧式安全閥，目的是保證安全閥14能夠很好地使用。所述進氣閥17設于所述頂蓋2的上方，目的是保證能夠順利操作和調整進氣閥17。所述控制器11上設有顯示裝置，目的是便于觀察控制的數值。
本實施例中，所述三通閥12的第一連接頭連接于所述溶液筒1的底部側面，第二連接頭連接所述液相取樣閥3，第三連接頭連接與大氣相通的導管。
本實施例中，限壓閥13置于頂蓋2外表面以保持筒內壓力恒定；進氣閥17置于頂蓋2上部并上下連接進氣管10，頂蓋2上部進氣管10與氣源相連，下部進氣管10置于溶液筒1內，使進氣通入溶液底部；溶氧探頭7置于頂蓋2下部，頂蓋2安裝于溶液筒1上后溶氧探頭7置于溶液中；攪拌器8安裝于頂蓋2上，用以保證溶液的均勻；控制器11與溶氧探頭7及攪拌器8相連接，以顯示和記錄溶解氧的數值并控制攪拌速度；安全閥14在限壓閥13失效時保證溶液筒1內壓力安全；進液閥15用以向筒內加藥；排氣閥16置于頂蓋2，在其打開時使筒內壓力與大氣壓相同。限壓閥13在溶液筒1密封后壓力過大的情況下釋放氣體以保證溶液筒1內的壓力恒定，同時防止空氣進入溶液筒1內；進氣閥17用來控制惰性氣體進入溶液筒1內；溶氧探頭7置于溶液中測定溶液中氧含量；攪拌器8在通氣除氧時，用以保證溶液的均勻性，達到均勻除氧的目的；三通閥12用導出已除氧的溶液，并可進行筒內液體的取樣及排液；控制器11用來顯示和記錄溶解氧量，觀察溶液中氧含量是否達到要求并調整攪拌器8旋轉速度；安全閥14用于限壓閥13失效時，保證溶液筒1安全；進液閥15用于向溶液筒1內加入藥劑；排氣閥16在加藥時保證溶液筒1內壓力等于大氣壓，且用于排出氣體。
針對上述實施例所述的裝置，發明人還設計了一種在反應容器中溶解氧的方法，包括以下步驟：
a.向高壓反應釜內注滿水或其他液體，再將高壓反應釜內的水或液體用惰性氣體排出，使高壓反應釜內為無氧環境；
步驟a包括以下步驟：
向溶液筒1內充滿水或其他液體，再向溶液筒1中通入惰性氣體使水或液體壓出至高壓反應釜釜體5內；
待高壓反應釜釜體5內注滿水或其他液體后，停止向溶液筒1中通入惰性氣體；
打開三通閥12使高壓反應釜釜體5與大氣相連，向高壓反應釜釜體5內通入惰性氣體使高壓反應釜釜體5內的水或其他液體排出，直到高壓反應釜釜體5內為無氧的惰性氣體空間；
b.將待除氧的反應溶液注入無氧的溶液筒1中，向溶液筒1中通入惰性氣體并保持溶液筒1內正壓環境對反應溶液進行除氧，控制其達到設定值即完成除氧；
步驟b包括以下步驟：
打開三通閥12，向溶液筒1內通入惰性氣體排出溶液筒1內的全部液體，直至溶液筒1內為無氧的惰性氣體空間；
將待除氧的反應溶液注入溶液筒1內，攪拌溶液，并向溶液筒1內注入惰性氣體，當溶液筒1內的壓力增大時，對溶液筒1泄壓及排氣；
控制溶液筒1內的溶解氧的值達到設定時停止通入惰性氣體，將溶液筒1內的壓力降至大氣壓，停止攪拌反應溶液，即完成除氧操作。
c.將已經除氧的反應溶液在不接觸氧的環境下通入高壓反應釜內。
發明人接下來通過具體的實例來進行說明：
本實例采用的技術路線為：將反應容器控制在無氧狀態，并在無氧狀態下將已除氧的反應溶液注入反應容器。
本實例的主要功能是：控制反應容器溶液中溶解氧量達到實驗或研究所需要求，并在使用中可調整其它參數(如pH、離子濃度)。主要技術指標：溶解氧含量測量范圍：0μg/L—100.0μg/L,0mg/L—20.0mg/L；容積：2L/5L。使用條件：電源電壓：220V；電源頻率50Hz；工作溫度：0-60℃。
具體控制方法如下：
1、清洗高壓反應釜，保持高壓反應釜內清潔；
2、按照高壓反應釜使用步驟將高壓反應釜密封；
3、按照圖1將進氣閥17與儲存惰性氣體的氣瓶相連，檢查連接是否緊密，打開氣瓶開關；
4、將三通閥12之一與高壓反應釜的液相取樣閥3相連；
5、打開排氣閥16，從進液閥15將純水注入溶液筒1內，至純水由排氣閥16排出(進液閥15端部高于排氣閥16)。關閉進液閥15，關閉排氣閥16，此時溶液筒1內注滿純水；
6、打開高壓反應釜的液相取樣閥3及氣相取樣閥4，打開三通閥12使高壓反應釜的液相取樣閥3與溶液筒1連通，打開進氣閥17通入惰性氣體；
7、當純水由氣相取樣閥4流出時依次關閉進氣閥17、三通閥12，此時高壓反應釜釜體5內注滿純水；
8、將氣相取樣閥4與儲存惰性氣體的氣瓶相連，打開三通閥12使高壓反應釜釜體5和大氣相連，打開氣瓶，至高壓反應釜液相取樣閥3中只排出氣體時，關閉氣瓶，關閉氣相取樣閥4，關閉液相取樣閥3，關閉三通閥12，此時高壓反應釜釜體5內為無氧的惰性氣體空間；
9、打開三通閥12使溶液筒1與大氣相連，打開進氣閥17，排出溶液筒1內全部液體后關閉進氣閥17，關閉三通閥12，此時溶液筒1內為無氧的惰性氣體空間；
10、打開進液閥15及排氣閥16，由進液閥15將待除氧溶液注入溶液筒1中，關閉進液閥15及排氣閥16；
11、打開控制器11的電源，調整攪拌器8的速度，開啟進氣閥17。壓力增大時，依靠限壓閥13對溶液筒1進行泄壓及排氣；
12、觀察控制器11，至溶解氧顯示值為控制要求值時關閉進氣閥17，快速啟合排氣閥16使溶液筒1壓力降至大氣壓，并在5分鐘后觀察控制器11的讀數；
13、若溶液中溶解氧含量未達到要求，則繼續打開進氣閥17，直至溶解氧含量達到要求，且5分鐘內不發生改變，進氣閥17為關閉狀態；
14、打開進氣閥17，至限壓閥13排出氣體，關閉進氣閥17，關閉攪拌器8；
15、依次打開液相取樣閥3、氣相取樣閥4、三通閥12，使溶液筒1與高壓反應釜釜體5相連；
16、將一定體積溶液壓入高壓反應釜釜體5中后，依次關閉三通閥12、高壓反應釜液相取樣閥3、氣相取樣閥4，關閉控制器11電源，解除液相取樣閥3和三通閥12的連接，完成除氧操作。
以上操作中，有以下注意事項：
(1)若除氧后溶液條件發生改變或向除氧溶液加藥劑調整時，可打開進液閥15及排氣閥16進行加藥操作；
(2)應防止溶氧探頭7表面發生氣體吸附，影響測量結果；
(3)由三通閥12向高壓反應釜通入一定體積的除氧反應溶液時，應關閉攪拌器8及進氣閥17，以保證液面平穩；
(4)為了檢驗溶液除氧后是否發生改變(如pH)，可通過三通閥12大氣一端進行取樣分析；
(5)經對GCF1型永磁旋轉高壓反應釜通入純水，并由氣相取樣閥4導入N2將純水排出后，發現釜體內所剩溶液較少，對高壓反應釜釜體5所需導入溶液濃度及氧含量的改變可忽略不計；
(6)應保持反應容器及的水平放置。
以上所述實施例僅表達了本發明的具體實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。